学案50实验方案的设计改进及评价

第十一章化学实验学案50实验方案的设计、改进及评价[考纲要求]1.能够设计、评价或改进实验方案。2.了解控制实验条件的方法。3.能够绘制和识别典型的实验仪器装置图。热点1气体实验装置的改进设计气体实验装置，通常由气体发生、气体净化、气体收集、尾气处理等装置组成，对一些常见装置进行改进和重新组合，往往能够实现一些特殊的实验目的。典型的气体实验装置改进设计有：依据启普发生器原理设计的反应器，尾气吸收、防倒吸装置的设计，液封装置的设计，恒压装置的设计等。解题策略1．实验设计的创新往往要体现七个“一”，即：一个实验的多种现象，一种实验现象的多种原因，一种装置的多种用途，一种用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。2．选择反应原理的原则是：反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。中学化学实验中，常见的气体制备实验是其中的重要组成部分，学生应掌握的气体制备实验有：三种单质(H2、O2、Cl2)的制备；三种氢化物(HCl、H2S、NH3)的制备；五种氧化物(CO2、SO2、NO2、NO、CO)的制备；两种有机物(C2H4、C2H2)的制备。复习时，除了掌握好教材中经典的制备方法外，还应对药品选择、反应原理进行拓展和创新。典例导悟1(2022·上海，26)CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。完成下列填空：(1)用浓盐酸配制1∶1(体积比)的稀盐酸(约6mol·L－1)，应选用的仪器是__________。a．烧杯 b．玻璃棒 c．量筒 d．容量瓶(2)上述装置中，A是________________溶液，NaHCO3溶液可以吸收________。(3)上述装置中，B物质是____________。用这个实验得到的气体测定CO2的分子量，如果B物质失效，测定结果________(填“偏高”、“偏低”或“不受影响”)。(4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是__________。a．氯化钠溶液 b．稀醋酸 c．稀硫酸 d．正己烷(5)在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出________，后溶出__________。(6)上述测定实验中，连续__________，说明样品已经恒重。热点2性质实验装置的改进设计研究物质的物理性质和化学性质，是化学实验的最主要功能。而许多化学实验装置的设计，其目的就是研究物质所具有的性质。注重考查考生的创新思维能力。解题策略解答该类题应先明确实验目的和要求，再依据化学原理、物质性质和实验设计的基本要求进行解答。1．基础性训练以教材实验为载体，从反应原理、装置原理和操作原理等方面进行强化训练。2．拓展性训练一是要注重对教材实验的改进和挖掘；二是要对实验进行创新设计。对于多种情况的反应，根据“实验问题”提出猜想；依据假设设计实验，要充分考虑多种可能性，避免肯定的或惟一性结论。在性质探究实验中，尾气处理装置、安全瓶和防倒吸装置等都是考查的热点，要理解其原理，选择或设计最简便的装置。典例导悟2(2022·广东，21)三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。限选试剂：浓硫酸、mol·L－1HNO3、mol·L－1盐酸、mol·L－1NaOH、3%H2O2、mol·L－1KI、mol·L－1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C)，观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是________。(2)该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是________________________________________________________________________，现象是________________________________________________________________________。(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。①提出合理假设假设1：________________________________________________________________________；假设2：________________________________________________________________________；假设3：________________________________________________________________________。②设计实验方案证明你的假设③实验过程根据②中方案进行实验。按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。实验步骤预期现象与结论步骤1：步骤2：步骤3：……热点3制备实验装置的改进设计制备一种物质，应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理，设计反应路径，选择合适的仪器和装置。最后，根据生成物的性质将产品分离提纯出来。整个过程如下图所示：解题策略1．在设计物质制备的实验方案时，要优化上述流程中的每一个具体环节。遵循的优化原则是：原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。2．一些物质的制备，由于其性质上的特殊性，需要设计一些特殊的装置来完成。如实验室制备Fe(OH)2固体，由于Fe(OH)2遇空气易被氧化而变质，故其制备实验装置必须严格防止制备的Fe(OH)2固体与O2接触；再如，常见有机物的制备中，由于有机反应缓慢、副产品多、原料容易挥发，所以常见有机物的制备装置都要加装冷凝回流装置，使原料回流、充分反应，提高产率。典例导悟3化学研究小组通过网上查找资料发现N2的制取有下列不同方案：a方案：加热条件下NH3还原CuO制得纯净的N2和活性铜粉。b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。c方案：将空气缓慢地通入灼热的铜粉制得较纯的N2。现实验室提供如下几种装置来制取N2。(1)若按a方案制取N2时，需要的氨气用生石灰和浓氨水作原料制取，则宜采用上述仪器中的__________(填序号)作发生器，该发生装置中发生反应的化学方程式为__________________________________。要制取并收集纯净的N2(允许含有少量水蒸气)，还须使用到的上述仪器中的(按气流从左到右的流向顺序列出)________(填序号)。(2)若按c方案制取N2，用E装置将空气缓慢通入______(填A、B、C)反应器，反应器内可观察到的现象是________________________________，该反应的化学方程式为____________________________________。(3)上述制取N2的三个方案中，a、b方案结合使用越来越受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在于____________________________。1．(2022·安徽理综，10)下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()选项实验操作现象解释或结论A过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋BAgI沉淀中滴入稀KCl溶液有白色沉淀出现AgCl比AgI更难溶CAl箔插入稀HNO3中无现象Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜D用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上试纸变蓝色浓氨水呈碱性2.(2022·江苏，7)下列有关实验原理或实验操作正确的是()A．用水润湿的pH试纸测量某溶液的pHB．用量筒量取20mL0mol·L－1H2SO4溶液于烧杯中，加水80mL，配制成0mol·L－1H2SO4溶液C．实验室用图1所示的装置制取少量氨气D．实验室用图2所示的装置除去Cl2中的少量HCl3．(2022·江苏，13)下列有关实验原理、方法和结论都正确的是()A．向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水，可制取Fe(OH)3胶体B．取少量溶液X，向其中加入适量新制的氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液变红，说明X溶液中一定含有Fe2＋C．室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液，振荡、静置后分液，可除去苯中的少量苯酚D．已知Ieq\o\al(－,3)I2＋I－，向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4，振荡静置后CCl4层显紫色，说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大4．(2022·广东理综，23改编)下列实验现象预测正确的是()①实验Ⅰ：振荡后静置，上层溶液颜色保持不变②实验Ⅱ：酸性KMnO4溶液中出现气泡，且颜色逐渐褪去③实验Ⅲ：微热稀HNO3片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色④实验Ⅳ：继续煮沸溶液至红褐色，停止加热，当光束通过体系时可产生丁达尔效应A．①③ B．②④ C．①④ D．②③5．(2022·天津理综，6)下列实验设计和结论相符的是()A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性C．某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SOeq\o\al(2－,4)D．在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可得到较纯净的FeCl3溶液6.(2022·全国理综，29)请回答下列实验室中制取气体的有关问题。(1)下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。装置B、C、D的作用分别是：B________________________________________________________________________；C________________________________________________________________________；D________________________________________________________________________。(2)在实验室欲制取适量NO气体。①下图中最适合完成该实验的简易装置是__________(填序号)；②根据所选的装置完成下表(不需要的可不填)：应加入的物质所起的作用ABCD③简单描述应观察到的实验现象________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。7．(2022·课标全国卷，28)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为__________________________(填仪器接口的字母编号)。(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞；________(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。A．加热反应一段时间B．收集气体并检验其纯度C．关闭分液漏斗活塞D．停止加热，充分冷却(3)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断，上述实验确有CaH2生成。①写出CaH2与水反应的化学方程式________________________________________________________________________；②该同学的判断不准确，原因是________________________________________________________________________。(4)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是________________________________________________________________________。8．(2022·北京理综，27)甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，用下图所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验)。实验操作和现象：操作现象关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热A中有白雾生成，铜片表面产生气泡B中有气泡冒出，产生大量白色沉淀C中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐消失打开弹簧夹，通入N2，停止加热，一段时间后关闭——从B、C中分别取少量白色沉淀，加稀盐酸均未发现白色沉淀溶解(1)A中反应的化学方程式是________________________________________________________________________。(2)C中白色沉淀是__________，该沉淀的生成表明SO2具有________性。(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。①为证实各自的观点，在原实验基础上：甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是__________；乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是________________________________________________________________________。②进行实验，B中现象：甲大量白色沉淀乙少量白色沉淀检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)合并(4)中两同学的方案进行实验。B中无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。9．(2022·上海，26)实验室制取少量溴乙烷的装置如下图所示。根据题意完成下列填空：(1)圆底烧瓶中加入的反应物是溴化钠、________和1∶1的硫酸。配制体积比1∶1的硫酸所用的定量仪器为______(选填编号)。a．天平 b．量筒c．容量瓶 d．滴定管(2)写出加热时烧瓶中发生的主要反应的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)将生成物导入盛有冰水混合物的试管A中，冰水混合物的作用是________________________________________________________________________。试管A中的物质分为三层(如图所示)，产物在第______层。(4)试管A中除了产物和水之外，还可能存在________、________(写出化学式)。(5)用浓的硫酸进行实验，若试管A中获得的有机物呈棕黄色，除去其中杂质的正确方法是______(选填编号)。a．蒸馏 b．用氢氧化钠溶液洗涤c．用四氯化碳萃取 d．用亚硫酸钠溶液洗涤若试管B中的酸性高锰酸钾溶液褪色，使之褪色的物质的名称是________。(6)实验员老师建议把上述装置中的仪器连接部分都改成标准玻璃接口，其原因是：________________________________________________________________________。10．(2022·北京理综，9)用右图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是()A．上下移动①中铜丝可控制SO2的量B．②中选用品红溶液验证SO2的生成C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2D．为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色题号1234510答案11.(2022·广东理综，33)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。(1)请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2＋2NaOH=____________。(2)反应Cl2＋Na2SO3＋2NaOH=2NaCl＋Na2SO4＋H2O中的还原剂为__________。(3)吸收尾气一段时间后，吸收液(强碱性)中肯定存在Cl－、OH－和SOeq\o\al(2－,4)。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。①提出合理假设假设1：只存在SOeq\o\al(2－,3)；假设2：既不存在SOeq\o\al(2－,3)，也不存在ClO－；假设3：________________________________________________________________________②设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3mol·L－1H2SO4、1mol·L－1NaOH、mol·L－1KMnO4、淀粉­KI溶液、紫色石蕊试液。实验步骤预期现象和结论步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3mol·L－1H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中步骤2：步骤3：12.(2022·安徽理综，28)某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：[实验]制备银镜，并与Fe(NO3)3溶液反应，发现银镜溶解。(1)下列有关制备银镜过程的说法正确的是________。a．边振荡盛有1mL2%的AgNO3溶液的试管，边逐滴滴入2%的稀氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止b．将几滴银氨溶液滴入2mL乙醛中c．制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热d．银氨溶液具有较弱的氧化性e．在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大[提出假设]假设1：Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe(NO3)3溶液显酸性，在此酸性条件下NOeq\o\al(－,3)能氧化Ag。[设计实验方案，验证假设](2)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2＋，验证了假设1成立。请写出Fe3＋氧化Ag的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容(提示：NOeq\o\al(－,3)在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生)。实验步骤(不要求写具体操作过程)预期现象和结论①②……若银镜消失，假设2成立。若银镜不消失，假设2不成立。[思考与交流](4)甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：Fe(NO3)3溶液中的Fe3＋和NOeq\o\al(－,3)都氧化了Ag。你是否同意丙同学的结论，并简述理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。13．(2022·北京理综，27)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品：浓硝酸、3mol·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应。2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置③、④、⑥中盛放的药品依次是________________________________________________________________________。(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)装置①中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)装置②的作用是____________________，发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。(5)该小组得出的结论依据的实验现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个试验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母)____。a．加热该绿色溶液，观察颜色变化b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化1．(2022·武汉质检)在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜，有下列两种途径：(1)Feeq\o(→,\s\up7(H2SO4))H2eq\o(→,\s\up7(CuO))Cu(2)CuOeq\o(→,\s\up7(H2SO4))CuSO4eq\o(→,\s\up7(Fe))Cu若用这两种方法制得等量的铜，则下列有关说法符合实际情况的是()A．消耗氧化铜的质量相同B．消耗铁的质量相同C．消耗硫酸的质量相同D．生成硫酸亚铁的质量相同2．(2022·汕头模拟)在实验室进行下列有关物质的制备流程中，理论上正确、操作上可行且经济上合理的是()A．Ceq\o(→,\s\up7(在空气中点燃))COeq\o(→,\s\up7(CuO),\s\do5(△))CO2eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液))Na2CO3B．Cueq\o(→,\s\up7(AgNO3))Cu(NO3)2溶液eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液))Cu(OH)2C．CaOeq\o(→,\s\up7(H2O))Ca(OH)2溶液eq\o(→,\s\up7(NaD．Feeq\o(→,\s\up7(点燃))Fe2O3eq\o(→,\s\up7(H2SO4溶液))Fe2(SO4)3溶液3．某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是________________________________________________________________________________。再由a向c中加2mL蒸馏水，c中的实验现象是________________________________________________________________________。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是________，理由是________________________________________________________________________。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4＞Cl2＞Br2，操作步骤为________________________________________________________________________，实验现象为________________________________________________________________________；但此实验的不足之处是________________________________________________________________________。4．某研究性学习小组的同学决定通过实验对SO2的漂白作用到底是SO2本身还是SO2与水作用的产物进行探究，他们查阅资料知品红能溶解在酒精中形成红色溶液。(1)甲同学设计了如图所示的装置，并认为由广口瓶中溶液颜色的变化可以达到实验目的，甲作出此判断的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)乙同学通过分析，指出甲同学的装置图有两处不合理，并进行了修改，修改的内容：________________________________________________________________________。按修改后的装置，实验中控制SO2以大约每分钟200个气泡的速率通过品红的酒精溶液，20分钟后溶液仍不褪色，由此知，品红的褪色不是________直接导致的。随后乙同学对SO2使品红溶液褪色的微粒提出了如下三种假设：假设一：是HSOeq\o\al(－,3)；假设二：是SOeq\o\al(2－,3)；假设三：____________________。(3)为验证自己的假设，乙同学进行了如下实验：取2mL相同浓度的品红的酒精溶液置于两支试管中，再向试管中分别加入少量Na2SO3、NaHSO3固体，振荡静置后发现试管中的液体均褪色，对此他得出使品红褪色的粒子是HSOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)的结论，你认为此结论是否正确？________，理由是______________________________________________________________________________。(4)为了进一步进行探究，丙同学又做了如下的实验：取相同浓度的品红的酒精溶液各10mL分别置于两个小烧杯中，向两个烧杯中同时一次性地加入10mLmol·L－1Na2SO3、10mLmol·L－1NaHSO3溶液，发现加入Na2SO3溶液的品红的酒精溶液褪色较快，对此他可以得出的结论是______________________，理由是________________________________________________________________________________________。5．为了得到白色的Fe(OH)2沉淀，并尽可能长时间保持其白色，有人设计如图所示的实验方案：方案(一)气体保护法：如图甲所示装置。(1)请简述实验操作及原理：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)氢氧化亚铁保持长时间白色，其原因是____________________________________________________________________________________________________。方案(二)液封法：如图乙所示，通电一段时间后，产生白色沉淀。(3)铁片、石墨作电极材料，X为______________。苯的作用是________________________________________________________________________；能否用四氯化碳替代苯，________(填“能”或“否”)。(4)用反应式表示图乙中氢氧化亚铁形成的过程：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。方案(三)改变溶剂法：实验步骤如下：①取少量新制的硫酸亚铁晶体于大试管中，向其中加入5mL的热蒸馏水，使之充分溶解，然后向其中慢慢加入10mL无水乙醇，这时会发现溶液中有大量的小气泡冒出，静置，直到无小气泡冒出为止。②另取一支试管，向其中加入半药匙固体氢氧化钠，然后向其中加入5mL无水乙醇，充分溶解后静置。③用长胶头滴管吸取刚配制的氢氧化钠的无水乙醇溶液，伸入硫酸亚铁溶液内部，慢慢地挤压橡胶胶头，连续吸取几次，使之充分反应，静置片刻，这时在试管底部会有大量的白色凝乳状溶胶沉降下来。④小心倒去上层无水乙醇溶液，再向其中加入3mL无水乙醇洗涤，连续洗涤两三次，这时白色的凝乳状溶胶会变成白色固体，然后倒在滤纸上让无水乙醇充分挥发，便得到白色的固体粉末。(5)避免硫酸亚铁在溶于水的过程中被氧化，通常在溶液中加入________。在硫酸亚铁溶液中慢慢加入无水乙醇，产生气泡的主要原因是__________________________________。(6)保持白色的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。学案50实验方案的设计、改进及评价【热点探究区】典例导悟1．(1)abc(2)CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液HCl气体或酸性气体(3)无水CaCl2偏低(4)bd(5)石蜡CaCO3(6)两次称量的结果相差不超过(或小于)g解析(1)考查等体积比浓度的溶液配制，用量筒量取等体积水与浓盐酸，倒入烧杯，搅拌混匀即可。(2)由于制备得到的CO2中含H2S以及反应挥发出的HCl，因此可通过CuSO4溶液除去H2S，通过饱和NaHCO3溶液除去HCl。(3)固体B应为无水CaCl2，可除去CO2中的H2O(g)。如果CaCl2失效，则气体为CO2与H2O(g)的混合气体，其平均分子量小于CO2的分子量，因此测定结果偏低。(4)要溶解CaCO3应选用稀醋酸，不能用稀H2SO4，因为H2SO4与CaCO3反应生成CaSO4，微溶于水。正己烷用于溶解石蜡。(5)先用正己烷溶解石蜡，才能使其中的CaCO3与醋酸充分接触发生反应，使二者达到最大溶出量。(6)两次称量的质量差不超过g，说明已经恒重。2．(1)CO2和CO(2)焰色反应透过蓝色钴玻璃，观察到紫色的火焰(3)①假设1：铁元素的存在形式为Fe单质假设2：铁元素的存在形式为FeO假设3：铁元素的存在形式为Fe与FeO的混合③实验步骤预期现象与结论步骤1：用药匙取少量固体产物于一支洁净干燥的试管A中，用胶头滴管滴加过量的煮沸过的mol·L－1CuSO4溶液于试管中，振荡，静置，过滤，取出固体于另一试管B中备用若出现大量红色固体，则证明假设1或假设3成立若不出现红色固体，则假设2可能成立步骤2：往试管B中加过量1mol·L－1盐酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸过的1mol·L－1HNO3溶液加盐酸后，固体部分溶解。若加入少量1mol·L－1HNO3后溶液变血红色，则证明原固体为Fe与FeO混合，假设3成立若加入少量1mol·L－1HNO3后溶液不变血红色，则证明原固体只含Fe，假设1成立步骤3：若步骤1不出现红色固体。用药匙另取少量固体产物于一支洁净干燥的试管中，用胶头滴管滴加过量煮沸过的1mol·L－1的盐酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸过的1mol·L－1HNO3溶液加盐酸后，固体全部溶解。若滴加KSCN溶液后，溶液不呈血红色，滴加1mol·L－1HNO3后溶液变血红色，则证明假设2成立解析(1)将产生的气体产物依次通过澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明产生的气体中含有CO2；然后再通过灼热氧化铜、澄清石灰水，观察到有红色固体生成，澄清石灰水都变浑浊，说明产生的气体中含有CO。(2)碱金属元素的检验一般采用焰色反应。(3)依据信息：固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3，可推测铁元素只能以亚铁及铁单质的形式存在；在设计实验时，应注意Fe与FeO的性质的不同点。3．(1)ECaO＋NH3·H2O=Ca(OH)2＋NH3↑ACD(2)A红色粉末逐渐变黑O2＋2Cueq\o(=,\s\up7(△))2CuO(3)CuO和Cu可循环利用，避免使用有毒物质NaNO2解析(1)由题中所给信息可知，可适用于制备气体的装置是B、E。E装置的优点是能控制反应的速率，而B装置只能一次性加入所需要的反应物，不能控制反应的速率，所以选择E更好，其中发生的反应是CaO＋NH3·H2O=Ca(OH)2＋NH3↑。用a方案制得的气体中会含有未反应的NH3，因此还需要用试剂吸收NH3，但由于NH3是一种极易溶于水的气体，所以用排水法收集N2，即可除去N2中含有的NH3，所以还需要使用的装置是A、C、D。(2)利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排到A装置中，在加热条件下将Cu氧化，从而除去O2，这样可得到较纯净的氮气，发生的反应为O2＋2Cueq\o(=,\s\up7(△))2CuO。(3)a、c方案结合使用可将Cu和CuO进行循环使用，从而降低成本，而b方案中用到了有毒的NaNO2。【热点集训区】高考集训1．D[过量Fe粉被稀HNO3氧化为Fe2＋，加入KSCN溶液不显红色，A错误；在相同条件下，AgI比AgCl更难溶，B错误；Al箔表面不能被稀HNO3氧化形成致密的氧化膜，C错误；红色石蕊试纸遇碱变蓝，D正确。]2．D[pH试纸在使用前不能润湿，否则有可能引起测量误差，A项错误；配制100mL0mol·L－1的硫酸溶液应该用容量瓶，且液体混合后体积小于混合前两液体体积之和，B项错误；收集气体的试管管口不能塞住，C项错误；实验室制氯气时，用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体，D项正确。]3．C[A项中向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水会生成氢氧化铁沉淀，得不到胶体；B项中应先滴加KSCN溶液，没有现象，排除Fe3＋的干扰，再加氯水，若溶液变红，说明有Fe2＋；C项中苯酚和氢氧化钠反应生成可溶性的苯酚钠，再通过分液把苯分离出来；D项说明I2的溶解度在CCl4中比在水中的大，而不是KI3。]4．B[①苯层中的溴与氢氧化钠发生反应而褪色；②中浓硫酸使蔗糖碳化，浓硫酸被还原生成二氧化硫气体，通过酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，使其褪色；③中的铜与稀硝酸反应生成一氧化氮，在广口瓶中与氧气反应生成红棕色的二氧化氮；④生成了氢氧化铁胶体，能产生丁达尔效应。]5．B[乙醇与水互溶，不能作碘水的萃取剂，A项错；C选项中存在SOeq\o\al(2－,3)或SiOeq\o\al(2－,3)的干扰，C项错；D选项中，FeCl3溶液充分加热，会促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3，得不到纯净的FeCl3溶液，D项错。]6．(1)向上排空气收集氯气安全瓶作用，防止D中的液体倒吸进入集气管B中吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境(2)①Ⅰ②应加入的物质所起的作用A铜屑和稀硝酸制取NO气体B水排水收集NO气体C主要是接收B中排出的水D③反应开始时，A中铜表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；A管上部空间由无色逐渐变为浅红棕色，随着反应的进行又逐渐变为无色；A中的液体由无色变为浅蓝色；B中的水面逐渐下降，B管中的水逐渐流入烧杯C中解析(1)KMnO4与浓盐酸发生反应2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。装置B采用向上排空气法收集Cl2，装置C起安全瓶作用，防止D中的液体倒吸进入B中。Cl2具有毒性，装置D中NaOH溶液用于吸收多余的Cl2，防止污染环境。(2)实验室制取NO气体通常用铜与稀硝酸反应：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于NO易与空气中的O2反应生成NO2，不宜用排空气法收集NO气体，应用排水法收集NO，故装置Ⅱ和Ⅳ错误。装置Ⅰ和Ⅲ比较，Ⅰ更简单，A中Cu与稀硝酸反应生成NO气体，B中盛满水，用排水法收集NO。7．(1)i→e，f→d，c→j，k(或k，j)→a(2)BADC(3)①CaH2＋2H2O=Ca(OH)2＋2H2↑②金属钙与水反应也有类似现象(4)取适量固体，在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气体产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，若观察到固体由白色变为蓝色，说明该固体为氢化钙；若观察不到固体由白色变为蓝色，则说明所取固体为钙(5)氢化钙是固体，便于携带解析从题给装置图分析制备氢化钙的原料是氢气和金属钙，制备出的氢气需要先净化——HCl气体用NaOH溶液吸收，再干燥——选择浓硫酸，盛有无水CaCl2的干燥管连接在装有钙的大玻璃管上，防止外界的水蒸气干扰实验。(1)按气流方向连接顺序为i→e，f→d，c→j，k→a。(2)氢气易燃烧，反应开始后应先检验其纯度，再加热钙进行反应。反应结束时应先停止加热，此时要保证继续通氢气，防止倒吸入空气，影响氢化钙的纯度，充分冷却后再关闭活塞停止通氢气。所以顺序为BADC。(3)①氢化钙中氢元素为－1价，发生氧化还原反应：CaH2＋2H2O=Ca(OH)2＋2H2↑。②活泼金属Ca与水反应也生成氢气和氢氧化钙，产生类似现象。(4)两者的不同之处在于氢化钙中含有氢元素，区分它们需在干燥环境中，与氧气在加热条件下反应，将生成的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管中，观察产生的现象不同进行区别。(5)氢化钙为固体，携带方便。8．(1)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(2)BaSO4还原(3)2NO＋O2=2NO2(4)①通N2一段时间，排除装置中的空气饱和NaHSO3溶液②甲：SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓，乙：2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4↓＋4H＋，白雾的量远多于装置中O2的量(5)SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成BaSO3沉淀解析(1)铜与浓硫酸的反应：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)由于沉淀不溶于盐酸，所以沉淀为BaSO4，在SO2转化为BaSO4的过程中发生了氧化反应，所以SO2是还原剂。(3)棕色气体为NO2，所以反应为2NO＋O2=2NO2。(4)根据题意可知甲是为了除去装置中的氧气，乙是为了除去白色酸雾。具体操作为：甲通N2一段时间，排除装置中的空气；乙洗气瓶D中盛放的试剂是饱和NaHSO3溶液。②甲：SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓，乙：2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4↓＋4H＋。现象不同的原因：白雾的量远多于装置中O2的量。(5)综上可得结论：SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成BaSO3沉淀。9．(1)乙醇b(2)NaBr＋H2SO4=HBr＋NaHSO4CH3CH2OH＋HBreq\o(→,\s\up7(加热))CH3CH2Br＋H2O(3)冷却、液封溴乙烷3(4)HBr、CH3CH2OH(合理即给分)(5)d乙烯(6)反应会产生Br2，腐蚀橡胶解析(1)醇与卤化氢反应生成卤代烷，故反应物应选乙醇；配制1∶1硫酸时选用量筒即可粗略测量出相同体积的浓硫酸和水。(2)制取溴乙烷，反应物为乙醇和溴化氢，溴化氢的制取用溴化钠与硫酸，此反应为高沸点酸制易挥发性酸。(3)反应时需加热，生成物温度较高，且溴乙烷易挥发，密度比水大，故可用冰水混合物冷却、液封溴乙烷，溴乙烷在下层。(4)溴化钠与硫酸反应的产物HBr可能未完全反应，乙醇沸点低，加热时易挥发。(5)浓硫酸可把Br－氧化成单质Br2，除去Br2，可用具有还原性的亚硫酸钠溶液，故d正确；溴和溴乙烷均易挥发，故a错；b项可造成有机物不纯，故b错；溴和溴乙烷均易溶于四氯化碳，故c错；乙醇在浓硫酸存在条件下加热，可使分子内脱水生成乙烯，乙烯中因碳碳双键的存在而使酸性高锰酸钾溶液褪色。(6)产物中可能含单质溴，具有强氧化性，可腐蚀橡胶。10．D[移动铜丝，可控制铜丝与浓硫酸的接触，即控制SO2的生成量，故A合理；SO2能使品红溶液褪色，故B合理；SO2有毒，且属于酸性氧化物，故C合理；浓硫酸过量，试管中剩余浓硫酸，应将反应后的混合液慢慢加入到大量水中，否则易出现液体喷出试管而发生危险，故D不合理。]11．(1)Na2SO3＋H2O(2)Na2SO3(3)①只存在ClO－②实验步骤预期现象和结论步骤2：向A试管中滴加1～2滴mol·L－1KMnO4溶液(1)若溶液褪色，则假设1成立；(2)若溶液不褪色，则假设2或3成立步骤3：向B试管中滴加1～2滴淀粉­KI溶液(1)若溶液变蓝色，则假设3成立；(2)若溶液不变蓝色，结合步骤2中的(2)，则假设2成立解析(1)SO2与过量的NaOH溶液反应生成Na2SO3，根据质量守恒定律即可写出化学方程式。(2)由反应方程式Cl2＋Na2SO3＋2NaOH=2NaCl＋Na2SO4＋H2O，分析反应前后元素化合价的变化，可知硫元素化合价由Na2SO3中的＋4价升高到Na2SO4中的＋6价，因此Na2SO3是还原剂。(3)①吸收了少量SO2的NaOH溶液中含有SOeq\o\al(2－,3)和OH－，若Cl2量较少，则为假设1；若Cl2恰好与Na2SO3完全反应，则为假设2；若Cl2量较多，则过量的Cl2进一步与NaOH反应：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，则假设3为只有ClO－。②为探究溶液中可能还存在的其他阴离子，关键是根据SOeq\o\al(2－,3)的还原性，选择强氧化性的KMnO4溶液来检验；而ClO－具有强氧化性，可选择淀粉­KI溶液来检验。12．(1)ade(2)Fe3＋＋Ag=Fe2＋＋Ag＋(3)实验步骤(不要求写具体操作过程)①测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH。②配制相同pH的稀硝酸溶液，将此溶液加入有银镜的试管内。(4)不同意。甲同学检验出了Fe2＋，可确定Fe3＋一定氧化了Ag；乙同学虽然验证了此条件下NOeq\o\al(－,3)能氧化Ag，但在硝酸铁溶液氧化Ag时，由于没有检验NOeq\o\al(－,3)的还原产物，因此不能确定NOeq\o\al(－,3)是否氧化了Ag解析(1)b选项中应向银氨溶液中滴入几滴乙醛，即银氨溶液需过量，故b错；银镜反应需用水浴加热，不能用酒精灯加热，故c也错；AgNO3溶液中由于Ag＋的水解显酸性，而加入氨水后，生成的Ag(NH3)2OH发生电离；Ag(NH3)2OH=[Ag(NH3)2]＋＋OH－，显碱性，故e正确，因此正确的有a、d、e。(2)Fe3＋将Ag氧化为Ag＋，而自身被还原为Fe2＋，离子方程式为Fe3＋＋Ag=Ag＋＋Fe2＋。13．(1)3mol·L－1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液(2)通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(4)将NO2转化为NO3NO2＋H2O=2HNO3＋NO(5)装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色(6)acd解析本题主要考查HNO3的性质、化学实验设计和评价的能力。(1)根据装置特点和实验目的，装置⑤收集NO，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2，因为要验证稀硝酸不能氧化NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸。(2)由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓硝酸之前需要通入一段时间CO2赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内，防止反应产生的NO气体逸出。(3)Cu与浓HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO2、H2O：Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。(4)装置②中盛放蒸馏水，使NO2与H2O反应